防洪发电等多功能混凝土重力坝建造设计书

1 防洪发电等多功能混凝土重力坝建造设计书 第一章 概述 本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用， 3 台机组。正常蓄水位为 水位为 址处的河床宽约 120m。河底高程 28m，水深约 m。河谷近似梯形，两岸基本对称。岸坡约 3040。三台机满载时的流量为 405m3/s。采用坝后式厂房。 工程建成后可以增加保灌面积 90 万亩减轻洪水对下游城市和平原的威胁。在遇 p= P 率的洪水时。经水 库调节后，洪峰流量内原来的 l 8200s、 l 4100s 分别削减为 6800s 和 6350s。水库蓄水后形成大面积水域，为发展养殖业创造有利条件。 （ 1）风向吹力：实测最大风速为 24m/s，多年平均最大风速为 20m s。风向基本垂直坝轴线，吹程为 4 （ 2）本坝址地震烈度为 7 度。 （ 3）坝址附近碎石及砂料充足，质量符合规范要求。 坝基岩性为花岗岩，风化较深，两岸达 10m 左右。新鲜花岗岩的饱和抗压强度为 100200化花岗岩为 5080址处无大的地质构造。 2 表 1 岩石物理力学性质 岩性 容重 （ kN/ 抗压强度（ 弹性模量 摩擦系数 粘聚力 松比 干 湿 干 湿 混凝土 /基岩 基岩内 f f f f c c 新鲜花岗岩 10 180 22000 化花岗岩 10 94 12000 ：混凝土与混凝土的摩擦系数为 二章 枢纽布置 为了防洪、发电、灌溉、航运等要求，通常需要修建不同类型的建筑物，以控制水位、调节流量、兴利除害，这些建筑物统称水工建筑物， 水工建筑物按其主要功用可以分为以下六类： （ 1）挡水建筑物。是拦截或约束水流、抬高水位及调蓄水量的水工建筑物。如拦河坝、提防及水闸等。坝高 H70m，称为高坝； H=3070m，称为中坝；核工况： K足抗滑稳定安全要求。 理与方法 重力坝应力分析的目的是为了判定坝体在运用期和施工期是否满足强度和稳定方面的要求，同时也为研究与设计和施工有关的其他问题（如确定坝体混凝 14 土标号分区以及在某些部位配置钢筋等）提供依据。坝基面的应力应满足以下条件： 在运用期内，在各种荷载组合情况下（地震荷载除外），坝基面下游边缘的最大垂直正应力应小于基岩容许压应力；坝基面上游边缘的最小垂直正应力应大于零，及不产生压应力。 在施工期内下游坝基面的垂直正应力可允许有不大于 本设计中计算采用材料力学法。重力坝的应力分析方法很多，可归纳 为理论计算和模型实验两大类。其中，理论计算方法有材料力学法、弹性理论和弹塑性理论的数学解析法和数值解法。材料力学法主要依据一条基本假定，即沿坝体计算截面上的垂直应力 错误 !未找到引用源。 呈直线分布，并通过平衡条件，推算出坝内任何一点应力分量及主应力，是一种近似的方法。计算经验表明，用材料力学法所求得的应力在坝体上部是比较准确的，而在坝体下部由于受到地基变形的影响而有较大的误差，但材料力学法至今仍被认为是计算重力坝应力及设计坝剖面的基本方法。 用材料力学法计算坝体应力时，一般沿坝轴线切取单宽坝体作为固接于 地基上的变截面悬臂梁，按平面问题进行计算。 计算工况：设计洪水位 +扬压力； 校核洪水位 +扬压力。 计算内容：垂直正应力；水平正应力；剪应力；主应力。 经过边缘应力计算（见计算书 ），结果列于下表： 表 边缘应力计算结果 项 目 y x 1 2 上游面 2 游面 78 结果分析：根据材料，坝址基础花岗岩的抗压强度 03 03游边缘未出现拉应力，下游边缘的最大垂直正应力小于基岩容许压应力，满足要求。 15 第四章 溢流坝段设计 我国水利水电工程中采用较广的是非真空剖面堰。其中克奥剖面略嫌肥大，在设计施工过程中不便控制，在过去采用 较多； 面较瘦，可节省工程量，且堰面压强分布比较理想，负压不大，因此设计中采用 面堰。溢流坝面曲线由坝顶溢流曲线、中部连接直线和下部反弧曲线组成。上游堰面堰头曲线采用三圆弧曲线，下游采用幂曲线，上游堰面倒悬；中部直线段分别与上部溢流曲线及下部反弧曲线相切，斜率与非溢流坝段保持一致；下部反弧曲线由下游消能方式确定。 在顶部曲线段中，通常由两部分组成，其中堰顶下游部分为堰面曲线，而堰顶上游部分为椭圆曲线。 堰面曲线。堰顶下游堰面曲线常采用 线，因为它的流量系数大，剖面较瘦，可以节省工程量，另外，在设计水头运行时，其堰面无负压。其基本曲线方程为： 1（ 3 式中： 定型设计水头，常取m a x( 0 . 7 5 0 . 9 5 )此时取： m a 8 5 1 0 . 6 3 m 上游堰面坡度有关的系数： 2 . 0 1 . 8 5 故，经计算可得堰面曲线的方程为： 16 椭圆曲线。堰顶和上游铅直坝顶采用椭圆曲线连接，其方程为： 2222() 1( ) ( ) b H （ 3 式中： 0 . 2 8 0 . 3 0 0 . 3 0， 取 0 . 8 7 3 0 . 1 7a b a b 由 ， 代 入 得 故，计算可得椭圆曲线的方程为： 22(1 . 8 1 ) 13 . 1 9 1 . 8 1部反弧段 下部反弧段的作用是使经过溢流坝面下泄的高速水流平顺的与下游消能设施相衔接，要求沿程压力分布均匀，不产生负压和不致引起有害的脉动。故通常采用圆弧曲线。 下游消能设计 能形式的选择 消能措施的主要任务是尽量促使下泄水流的能量消耗于水流内部阻力和外部阻力，最大限度地限制其冲刷破坏作用；或采取控制水流的措施，将具有巨大能量的水流挑离坝体，使之冲刷河床但不至于影响建筑物和附近岸坡的安全。 常用的消能工型式有：挑流消能、底流消能、面流 消能、戽流消能等。各消能工的优缺点如下： 17 挑流消能：利用鼻坎将自溢流面下泄的高速水流向空中抛射，消能效果比较好，挑流鼻坎有连续式和差动式两种。连续式的优点是构造简单，方便施工，水流平顺，射程较远，一般不易产生空蚀，但对坝基内存在缓倾角软弱夹层的坝体抗滑稳定不利，且易产生雾化区；差动式可提高消能效果，较小冲刷坑深度，但鼻坎上流态复杂，易引起空蚀破坏。该枢纽坝基岩体完整，影响不大。 底流消能：原则上适用于各种高度的泄水坝以及各种河床的地质情况，特别适用于地质条件差、河床抗冲能力低的情况。它的特点是运行可靠， 下游流态比较平稳，对通航和发电尾水影响较小。但土石方开挖量和混凝土浇筑量一般都比较大。 面流消能：不需要护坦，适用于下游尾水较深，流量变化范围较小，水位变幅不大，或有排冰漂木要求的情况。该枢纽为山区河道，流量变化较大。采用面流消能，下游水流不够平稳，会冲刷两岸，并影响电站运行和通航。 戽流消能：适用于尾水较深，变幅较小，无航运要求，且下游河床和两岸有一定抗冲能力的情况。同上，虽然不影响电站的运行，但也不适宜采用戽流消能。 综合以上各种情况，采用挑流消能，鼻坎形式为连续式。 流设计 挑流设计 的目的是选择合适的鼻坎型式、反弧半径、鼻坎高程和挑射角度，使挑射水流形成的冲刷坑不会影响到坝体的安全。 本设计采用挑流消能，挑流鼻坎通常高出下游水位一般为 1 2m，在此取2m，拟定鼻坎高程为： 挑射角 一般取 20 35，在此取 =20。其半径 R 通常取 6 10 倍的水深（此水深为校核洪水位闸门全开时反弧处的水深即 3，则可得： ( 6 1 0 ) 1 8 . 0 3 0 . 0cR h m，故最终选取半径为： 20。 综上所述，可得重力坝溢流坝段的剖面图为： 18 图 3溢流坝剖面图 经计算（见计算书 ），结果列于下表： 表 流坝挑流计算结果 挑射角度 收缩断面水深 反弧半径 坎顶高程 20 据计算结果绘制溢流坝剖面图，如前面图 3 门及闸墩设计 闸墩的作用是将溢流前缘分隔为若干孔口，并支承闸门、启闭机和桥梁等传来的荷载，闸墩的平面形状应尽量减小孔口水流的侧收缩，使水流平顺的通过闸孔。闸墩头部常采用半圆形、椭圆形成流线型，以利于 水流在坝面上扩散，闸墩长度应满足工作桥、交通桥及启闭机等布置要求。 第五章 坝体细部构造及地基处理 顶构造 本设计的重力坝采用实体结构，坝顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和照明设备，需设防浪墙、坝顶排水管、起重机轨道、坝身排水。 19 体分缝及止水设计 混凝土重力坝为防止在运用期由于温度变化发生伸缩变形和地基可能产生的不均匀沉陷而引起的裂缝，以及为了适应施工期混凝土的浇筑能力和温度控制等，常需设置垂直于坝轴线的横缝和平行于坝轴线的纵缝。 横缝的宽度取决于地基条件和温度的变化，一般取为 1 2m，缝内常用沥青细毛毡或沥青玛蹄脂填充。横缝的间距，即坝段长度取决于地形、地质和气温条件，以及混凝土材料的温度收缩特性。施工时，混凝土的浇筑能力和冷却设施等因素，一般为 15 20m，在此取 15m。 横缝中的止水设备必须与坝基妥善连接，止水片的下端应伸入岩基 3050用混凝土紧密嵌固；沥青井也必须埋入岩基 30将加热设备锚固于岩基中以防拔出。对于非溢流坝段和横缝设于闸墩中间的溢流坝段，止水片的上端必须伸到最高水位以上，沥青井的上端则须伸至坝顶，并在顶部设盖板保护。 横缝止水设备的下游宜设排水孔， 以排除渗水，孔径一般为 15 纵缝采用错缝，间距一般为 10 15m，取为 15m，浇筑块的高度一般为 34m，错缝浇筑在坝段内没有直通到顶端纵缝，结构整体性好，可不进行灌浆。 体排水设计 为了减小渗水对坝体的有害影响，降低坝体中的渗透压力，在靠近上游面处应设置排水管，将坝体渗水由排水管排入廊道，再由廊道汇集于集水井，并用水泵排向下游。 排水管至上游坝面的距离约为水头的 1/51/25，且不小于 2m。排水管间距23m，常用预制多孔混凝土做成，管内径为 15 25 体廊道设计 基础帷幕灌 浆廊道